Tính toán và thiết kế hệ thống sấy thùng quay hạt cà phê với phương thức sấy xuôi chiều

Trường ĐHCN Hà Nội Khoa công nghệ hoá
MỤC LỤC
GVHD: Nguyễn Văn Mạnh SVTH: Lê AnhTuấn
1
Trường ĐHCN Hà Nội Khoa công nghệ hoá
LỜI MỞ ĐẦU
Hiện nay, trong các ngành công nghiệp hoá chất thực phẩm, vật liệu xây
dựng, đồ gốm Thì sấy là một quá trình quan trọng trong ngành công nghiệp
thực phẩm còn đối với các ngành công nghiệp, hoá chất, sản xuất vật liệu xây
dựng thì mỗi quy trình kỹ thuật đều phải yêu cầu phối liệu, nguyên liệu có
độ ảm nhất định vì vậy mà người ta sấy để điều chỉnh độ ẩm phù hợp với điều
kiện công nghệ mặt khác sấy còn có nhiều lợi ích thiết thực trong cuộc sống
cũng như trong sinh hoạt ví dụ như giảm bớt các chi phi vận chuyển, bảo vệ
sản phẩm
Sấy có tác dụng tách nước ra khỏi nguyên vật liệu và sản phẩm. Do đó
để thực hiện quá trình sấy người ta sử dụng các thiết bị sấy như: Buồng sấy,
hầm sấy, thùng sấy
Hệ thống sấy thùng quay là hệ thống chuyên dùng để sấy vật liệu dạng
cục nhớ, hoặc dạng hạt có độ ẩm ban đầu lớn và có thể làm việc liên tục, cho
năng suất cao.
Em được thầy giáo "Nguyễn Văn Mạnh" giao nhiệm vụ "Tính toán và
thiết kế hệ thống sấy thùng quay hạt cà phê với phương thức sấy xuôi
chiều" với:
- Năng suất 10 tấn/giờ
- Độ ẩm đầu của vật liệu là 11%
- Độ ẩm đầu ra của vật liệu là 1,0%
- Nhiệt độ khói lò vào là 150
0
C
- Nhiệt độ khí thải là 40
0

C
- Thiết bị sấy: Sấy thùng quay
Dựa trên những kiến thức đã học cùng với sự chỉ bảo của thầy giáo
Nguyễn Văn Mạnh và các thầy cô giáo trong khoa Hoá của trường Đại học
Công nghiệp Hà Nội đã giúp đỡ chỉ bảo cho em. Đến nay em đã hoàn thành
đồ án của mình với những nội dung như sau:
GVHD: Nguyễn Văn Mạnh SVTH: Lê AnhTuấn
2
Trường ĐHCN Hà Nội Khoa công nghệ hoá
Phần I. Phần tổng quan
Phần II. Tính toán và lựa chọn nhiên liệu
Phần III. Tính toán thiết bị chính
Phần IV. Tính toán cơ khí
Phần V. Tính toán thiết bị phụ
Phần VI. Kết luận
Do trình độ hiểu biết và kinh nghiệm còn hạn chế nên đồ án của em
không thể tránh khỏi sự thiết sót, em rất mong nhận được sự góp ý và sự giúp
đỡ của thầy cô và các bạn để bài làm của em được hoàn thiện hơn.
Em xin được chân thành cảm ơn thầy cô giáo trong khoa Hoá của trường
Đại học Công nghiệp Hà Nội.
Chúc thầy, cô có sức khoẻ tốt để hoàn thành được các nhiệm vụ được
giao.
Hà Nội, ngày 20 tháng 01 năm 2011
Sinh viên
Lê Anh Tuấn
GVHD: Nguyễn Văn Mạnh SVTH: Lê AnhTuấn
3
Trường ĐHCN Hà Nội Khoa công nghệ hoá
PHẦN I. TỔNG QUAN
I. GIỚI THIỆU CHUNG

1. Mở đầu
Kỹ thuật sấy là một ngành khoa học đóng vai trò vô cùng quan trọng
trong đời sống hàng ngày cũng như trong sản xuất, đặc biệt trong các ngành
công nghiệp như: Công nghiệp sản xuất gạch ngói, phân lân. Công nghiệp
thực phẩm.
Từ những năm 70 trở lại đây, con người đã phát triển công nghệ sấy
ngày một hiện đại hơn nhằm sấy các nông sản thành những sản phẩm khô,
không những kéo dài thêm thời gian bảo quản mà còn làm phong phú thêm
các mặt hàng như các loại trái cây khô, cà phê bột, muối, cá khô, thịt khô, lúa,
ngô, khoai, sắn
Nước ta là nước có khí hậu nhiệt đới không khí tương đối ẩm ướt chính
vì vậy công nghệ sấy ngày càng được chú trọng hơn. Đặc biệt kết hợp phơi
sất để tiết kiểm năng lượng. Nghiên cứu thiết bị sất và công nghệ sấy phù hợp
với từng loại nguyên vật liệu để đạt được chất lượng cao nhất.
Trong các nguyên liệu sấy thì cà phê đòi hỏi kỹ thuật sấy phải cao bởi cà
phê sau khi sấy phải gói giữ được mùi thơm và màu sắc đặc trưng nên ta phải
lựa chọn phương thức sấy và thiết bị sấy sao cho phù hợp, đạt hiệu quả cao
nhất.
Dựa vào đặc tính của cà phê ta có thể lựa chọn các thiết bị sấy, sấy tháp,
sấy thùng quay, sấy hầm.
2. Giới thiệu chung về cà phê
a. Cấu tạo quả cà phê
Quả cà phê gồm có: lớp vỏ quả, lớp nhớt, lớp vỏ chấu, lớp vỏ lụa và lớp
nhân.
GVHD: Nguyễn Văn Mạnh SVTH: Lê AnhTuấn
4
Trường ĐHCN Hà Nội Khoa công nghệ hoá
Hình vẽ
+ Lớp vỏ quả: là lớp vỏ ngoài mềm, ngoài bì có màu đỏ vỏ quả cà phê
chè mềm hơn cà phê vối và cà phê mít.

+ Dưới lớp vỏ mỏng là lớp vỏ thịt, gọi là trung bì, vỏ thịt cà phê chè
mềm, chứa nhiều chất ngọt, dễ xay sát hơn, vỏ cà phê mít cứng và dày hơn.
+ Hạt cà phê sau khi loại từ các chất nhờn và phơi khô gọi là cà phê thóc.
Bao bọc nhân là một lớp vỏ cứng, nhiều chất xơ gọi là "vỏ trấu" tức là nội bì
vỏ trấu của cà phê chè mỏng hơn và dễ đập vỡ hơn cà phê vối và cà phê mít.
+ Xát cà phê thóc còn 1 lớp mỏng, mềm gọi là vỏ lụa, chúng có màu sắc
và đặc tính khác nhau tuỳ theo loại cà phê vỏ lụa cà phê chè có màu sắc và
đặc tính khác nhau tùy theo loại cà phê vỏ lụa cà phê chè có màu trắng bạc rất
mỏng và dễ long ra khỏi hạt trong quá trình chế biến vỏ cà phê vối có màu
nâu nhạt, vỏ lụa cà phê mít có màu vàng nhạt bám sát vào nhân của cà phê.
+ Trong cùng là nhân cà phê, lớp tế bào phần ngoài của nhân cứng có
những tế bào nhỏ, trong có chứa những chất dầu, phía trong có những tế bào
lớn và mềm hơn một quả cà phên thường có 1, 2 hoặc 3 nhân, thông thường
có 2 nhân.
GVHD: Nguyễn Văn Mạnh SVTH: Lê AnhTuấn
5
Trường ĐHCN Hà Nội Khoa công nghệ hoá
Bảng tỷ lệ các phần cấu tạo của cà phê (tính theo % quả tươi)
Các loại vỏ và nhân Cà phê chè (%) Cà phê vối(%)
Vỏ quả 43 ữ 45 41 ữ 42
Lớp nhớt 20 ữ 23 21 ữ 42
Vỏ trấu 6 ữ 7,5 6 ữ 8
Nhân và vỏ lụa 26 ữ 30 26 ữ 29
b. Cấu tạo của nhân cà phê
Bao gồm 2 bộ phận: + Phôi
+ Mô dinh dưỡng
Thành phần hoá học của nhân cà phê
Nước 8 ÷ 12 (g/100g)
Chất dầu 4 ÷ 18 (g/100g)
Đạm 1,8 ÷ 2,5 (g/100g)

Protein 9 ÷ 16 (g/100g)
Caphein 1 (Asubinca)
Cloroenic axit 2 (g/100g)
Trionelline 1(g/100g)
Tomin 2(g/100g)
Caphetomic axit 8 ÷ 9 (g/100g)
Caphe axit 1(g/100g)
GVHD: Nguyễn Văn Mạnh SVTH: Lê AnhTuấn
6
Trường ĐHCN Hà Nội Khoa công nghệ hoá
II. DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT CAFE
`
GVHD: Nguyễn Văn Mạnh SVTH: Lê AnhTuấn
7
Thu nhận và bảo quản cà phê
Sàng phân loại và làm sạch
Xát tươi
Rửa
Làm ráo
Thu được cà phê nhân
Sấy
Đóng bao đưa vào bảo quản
Trường ĐHCN Hà Nội Khoa công nghệ hoá
* Thuyết minh dây chuyền
Cà phê sau khi thu hoạch được đưa vào kho bảo quản từ đó đưa đo sàng
để phân loại hạt và làm sạch chúng trước khi tiếp tục chế biến quả cà phê sau
khi phân loại vỏ làm sạch được đưa vào thiết bị trà xát tươi để loại bỏ các lớp
vỏ, thịch. Các chất nhờn ra bên ngoài sau đó toàn bộ hạt cà phê đã được sát
tươi cho vào hệ thống rửa sạch hạt, ráo hết nước thu được cà phê nhân. Đưa
toàn bộ cà phê nhân vào thiết bị sấy và tiến hành sấy làm khô, kết thúc quá

trình sấy, tiến hành đóng bao sản phẩm.
Pentotan 5(g/100g)
Tinh bột 5 ÷ 23 (g/100g)
Saccoro 5 ÷ 10 (g/100g)
Xenlulo 10 ÷ 20 (g/100g)
Hemixenlulo 20 (g/100g)
Linhin 4 (g/100g)
Canxi 85 ÷ 100 (g/100g)
Photphat 130 ÷ 165 (g/100g)
Sắt 3 ÷ 10 (mg/100g)
Natri 4 (mg/100g)
Mangan 1 ÷ 4,5 (mg/100g)
3. Giới thiệu về mấy sấy thùng quay
a. Cấu tạo và nguyên lý làm việc:
Máy sấy thùng quay có cấu tạo gồm một hình trị đặt nghiêng góc khoảng
từ 3 ÷ 5
o
- Hệ thống sấy thùng quay là hệ thống sấy làm việc liên tục chuyên dùng
để sấy vật liệu hạt, cực nhỏ như củi, than đá, cà phê, phân lân, các loại quặng
máy sấy thùng quay có cấu tạo là một hình trụ được làm bằng thép có chiều
dày 10 ÷ 14 mm, đường kính của thùng 1,2 ÷ 2,8 (m), chiều dài của thùng từ
6 ÷ 15m. Thân thùng được tựa trên các bệ đờ mỗi lệ bờ có 2 con lăn đỡ và có
GVHD: Nguyễn Văn Mạnh SVTH: Lê AnhTuấn
8
Trường ĐHCN Hà Nội Khoa công nghệ hoá
một con lăn chặn thùng quay được là nhờ chuyển động bằng bánh răng và hợp
giảm tốc.
- Vật liệu được nạp liên tục vào đầu cao của thùng và được chuyển động
dọc theo thùng nhờ các đệm ngăn các đệm ngăn này vừa có tác dụng phân bố
đều vật liệu theo tiết diện thùng, đảm bảo vật liệu, vừa làm tăng bề mặt tiếp

xúc giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy cấu tạo của đệm ngăn phụ thuộc vào
kích thước của vật liệu sấy. Vận tốc của khói lò hay không khí nóng đi trong
máy sấy thường là 2 ÷ 3 (m/s)
- Vật liệu thô được tháo ra theo cơ cấu tháo sản phẩm nhờ may vận
chuyển như băng tải, vít tải rồi đưa vào hệ thống tách bụi như xylon, lọc
bụi, để tránh những hạt bụi bị cuốn theo khí thải các hạt bụi được tách ra khỏi
khí được dẫn về máy vận chuyển, còn khí sạch được thải ra ngoài.
- Các loại đệm ngăn được dùng phổ biến trong máy sấy thùng quay gồm
6 giai đoạn.
- Đệm ngăn loại mái chèo nâng và loại phối hợp được dùng khí sấy
những vật liệu cục to, ấm và có xu hướng đông vón cục.
- Đệm ngăn hình quạt có những khoảng không thông với nhau.
- Đệm ngăn phân phối hình chữ thập và kiểu vạt áo trên toàn bộ tiết diện
của thùng được dùng để sấy các loại vật liệu cục, nhỏ, xốp.
- Máy sấy thùng quay được quy chuẩn hoá theo đường kính thùng là
1200; 1400; 1600; 1800; 2800 (mm) tỉ lệ chiều dài và đường kính thùng 4,0
÷ 3,5 ÷ 7.
* Ưu điểm của máy sấy thùng quay:
- Quá trình sấy đều đặn và mãnh liệt nhờ tiếp xúc tốt giữa vật liệu và tác
nhân sấy.
- Cường độ sấy lớn, thiết bị sấy được thu gọn có thể cơ khí hoà và tự
động hoà toàn bộ khâu sấy.
- Cho năng suất lớn
GVHD: Nguyễn Văn Mạnh SVTH: Lê AnhTuấn
9
Trường ĐHCN Hà Nội Khoa công nghệ hoá
* Nhược điểm
- Vật liệu bị đảo trộn nhiều lần nên dễ sinh lại do vỡ vụn trong nhiều
trường hợp sẽ làm giảm chất lượng sản phẩm sấy.
b. Thuyết minh dây chuyền sản xuất

Vạt liệu sấy được đưa qua cửa nạp liệu và đi vào trong thùng quay nhờ
những đệm chẵn với hệ số đổ đầy β = 0,1 ÷ 0,2.
Tác nhân sấy là sử dụng khói lò rạo ra từ nhiên liệu đốt than từ buồng
đốt và được điều khiển tốc độ đi từ 2 ÷ 3 m/s để tránh tạo bụi.
Tác nhân sất và vật liệu sất có thể đi cùng chiều hoặc ngược chiều,
nhưng theo thiết kế đi chùng chiều trong thùng sấy nhờ những đệm ngăn, vật
liệu được nâng lên đến độ cao nhất định sau đó rơi xuống trong quá trình đó
vật liệu trực tiếp tiếp xúc với tác nhân sấy thực hiện quá trình truyền nhiệt và
truyền khói là bay hơi ẩm.
Nhờ độ nghiêng của thùng mà vật liệu sẽ được vận chuyển đi dọc theo
chiều dài của thùng.
Vật liệu sau khi được sấy đạt tiêu chuẩn cho phép được lấy ra theo cửa
tháo liệu và đi vào các công đoạn tiếp theo khí thải được hệ thống quạt hút và
ở đó thường bố trí các xylon để lọc bụi.
GVHD: Nguyễn Văn Mạnh SVTH: Lê AnhTuấn
10
Trường ĐHCN Hà Nội Khoa công nghệ hoá
PHẦN II. TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN NHIÊN LIỆU
Nhiên liệu được sử dụng để cung cấp cho quá trình sấy là than đá có các
thành phần như sau:
Nguyên tố C O S N H A W X
Hàm lượng (%) 76,05 3,63 3,79 1,6 4,06 7,87 3 2,78
1. Nhiệt dung riêng của than
C
t
= 837 + 3,73. t
0
+ 625 :x
(Sổ tay tập 1 - 153)
Trong đó: x: Hàm lượng chất bốc x = 2,78%

t
0
: nhiệt độ của than đá chọn t
0
= 25
0
C
Thay số: C
t
= 837 + 3,7.25 + 625.0,0278 = 946,875 (s/Kg độ)
=
946,875
100
= 0,947 (Ks/ kg độ)
2. Nhiệt trị than:
Nhiệt trị than chia làm hai loại nhiệt trị đó là:
+ Nhiệt trị cao (Q
c
)
+ Nhiệt trị thấp (Q
th
)
* Nhiệt trị cao (Q
c
)
Q
c
= [399.C + 1256.H - 109(0-S)] . 10
3
(s/kg)

[Sổ tay tập 2 - 110]
Trong đó: C, H, S, O là thành phần nguyên tố trong than, thay số ta được
Thay số: Q
c
= [339.76,05 + 1256.4,06 - 109 (3,36 - 3,79)] . 10
3
= 30897,75.10
3
(s/kg) = 30897,75 (Ks/Kg)
* Nhiệt trị thấp (Q
th
)
Q
th
= Q
c
- 25 (W + 9.H) (Ks/Kg)
Trong đó: Q
c
: Nhiệt trị của than
W. H: Thành phần khối lượng nguyên tố trong than
GVHD: Nguyễn Văn Mạnh SVTH: Lê AnhTuấn
11
Trường ĐHCN Hà Nội Khoa công nghệ hoá
Thay số: Q
th
= 30897,75 - 25 (3+9.0,46) = m29909,25 (Ks/Kg)
3. Lượng không khí tiêu hao cần thiết để đốt chát 1Kg than. Lượng
không khí lý thuyết L
0

để đốt cháy 1Kg than áp dụng công thức:
L
0
= 0,115.C + 0,346.H + 0,043 (S-O) (Kg/Kg)
[ Sổ tay tập 2 - 111]
Trong đó: C; H; O là các thành phần nguyên tố trong than thay số vào:
L
o
= 0,115.76,05 + 0,346.4,06 + 0,043 (3,79 - 3,63)
= 10,157 (Kg/Kg than)
4. Etan phi của nước trong hỗn hợp khí là:
Áp dụng công thức:
I
n
= (2493 + 1,97.t).10
3
(s/Kg)
[Các quá trình và thiết bị hoá chất và thực phẩm T
4
= 273]
Trong đó: t: nhiệt dộ hỗn hợp khói vào lò: t = 150
0
C
Thay số vào ta có:
I
n
= (2493 + 1,97.150).10
3
= 27885 (ks/kg)
5. Cân bằng lò đốt than

5.1. Hệ số không khí dư lý thuyết
( )
{ }
1 1
0 0 1 0 1 0
. . . (9 W).I {9. }.C .
(
c t pk
kp
Q C t H H W A t
L x I I C t t
η
α
− + − + +
=
− + −
Trong đó:
L
o
: Lượng không khí lý thuyết đốt 1kg than L
0
= 10,157 (kg/kg than)
Q
c
: Nhiệt trị cao của than. Q
c
= 30897,75 (kg/kg than)
η : hiệu suất buồng đốt: η = (0,85 ÷ 0,95) chọn η = 0,9
C
t

: nhiệt dung riêng của than C
t
= 0,947 (kg/kg)
t: Nhiệt dung riêng của than t = 25
0
C
H; W; A phần trăm khối lượng của H
α
, độ ẩm than và độ ẩm tro:
H= 0,0406; W= 0,03; A

= 0,0787
C
kp
: Nhiệt dung riêng của khói khô C
kp
= 1,004 (ks/kg độ)
GVHD: Nguyễn Văn Mạnh SVTH: Lê AnhTuấn
12
Trường ĐHCN Hà Nội Khoa công nghệ hoá
t
1
: nhiệt độ vào của khói lò t
1
= 150
0
C
t
0
: Nhiệt độ vào của không khí t

0
= 25
0
C
x
0

: nhiệt độ của không khí ở trạng thái ban đầu ở trạng thái không khí t=
25
o
C. φ = 80%. Tra đồ thị I-X
[tập 4 - 225] ta được:
x
0
= 0,016 (kg ẩm /kg không khí)
I
0
= 16 (Kcal/Kg không khí) = 16.4,1686 = 66,99 Ks
I
1
; I
0
là entanpi của hơi nước trong không khí luồng đốt (t
1
) và ở ngoài
trời.
I
1
= 2493 + 1,97 . 150 = 2788,5 (ks/kg)
I

2
= 2493 + 1,97 .25 = 2542,25 (ks/kg)
Thay số liệu vào ta được:
{ }
{ }
30897,75.0,9 0,947.25 (9.0,0406 0,03).2788,5 1 (9.0,0406 0,03 0,0787) .1,004.150
10,1574 0,016(2788,5 2542,25) 1,004(150 25)
α
+ + + − − + +
=
− + −

= 26,3
5.2. Hệ số không khí dư ở buồng đốt và buồng trộn tình theo cân bằng
nhiệt trong lò đốt than
a. Nhiệt lượng vào khi đốt 1kg than
Áp dụng công thức Q
vào
= Q
1
+ Q
2
+ Q
3
(ks)
Trong đó :
Q
1
: nhiệt lượng than mang vào (tính theo 1kg than)
Q

2
: Nhiệt lượng do không khí mang vào buồng đốt
Q
3
: Nhiệt độ đốt chát 1Kg than
* Áp dụng công thức tính Q
1
Q
1
= C
t
.G
t
. t
0
(k5)
Trong đó:
C
t
: Nhiệt dung riêng than đá: C
t
= 0,947 (ks/kg độ)
G
t
: Khối lượng của than G
t
= 1kg
t
0
: nhiệt độ than đá vào lò t

0
= 25
0
C

GVHD: Nguyễn Văn Mạnh SVTH: Lê AnhTuấn
13
Trường ĐHCN Hà Nội Khoa công nghệ hoá
Thay số vào:
Q
1
= 0,947.1.25 = 23,675 (ks)
* Áp dụng công thức tính Q
2
Q
2
= L
0
.α .I
0
Trong đó:
α: hệ số dự phòng khí
L
0
: lượng khí lý thuyết mang vào để đốt hết 1kg than
I
0
: Hàm nhiệt không khí trước khi vào máy sấy
Thay số vào:
Q

2
= 10,157 .66,99 . α = 680,4 ks
* Áp dụng công thức tính Q
3
Q
3
= Q
c
. η
Trong đó: Q
c
: Nhiệt trị cao của than Q
c
= 30897,75 (ks/kg)
η: hiệu suất lò đốt lấy η = 0,9
Thay số: Q
3
= 30897,75 . 0,9 = 27807,975 (kg/than)
Vậy lượng nhiệt vào buồng đốt là:
Q
vào
= Q
1
+ Q
2
+ Q
3

= 23,675 + 680,4.α + 2780,975 = 27834,65 + 680,4 . α
b. Nhiệt lượng ra khỏi buồng trộn khi đốt 1kg than áp dụng công thức:

Q
ra
= Q
4
+ Q
5
+ Q
m
(ks)
Trong đó:
Q
4
: Nhiệt do xỉ mang vào (ks)
Q
5
: Nhiệt do xỉ mang ra khỏi buồng đốt (ks)
Q
m
: Nhiệt mất do môi trường (ks)
* Áp dụng công thức tính Q
4
Q
4
= G
xỉ
. T
xỉ
. C
xỉ
Trong đó:

G
xỉ
: Khối lượng xỉ khi đốt 1kg than G
xỉ
= A = 7,87%
C
xỉ
: nhiệt dung riêng của xỉ C
xỉ
= 0,754 kg/kg độ
GVHD: Nguyễn Văn Mạnh SVTH: Lê AnhTuấn
14
Trường ĐHCN Hà Nội Khoa công nghệ hoá
Chọn C
xỉ
= 0,754 ở sổ tay tập 1 - 162
T
xỉ
= (150 ÷ 170
0
C) chọn T
xỉ
= 150
0
C
Thay số:
Q
4
= 0,0787 . 150 . 0,754 = 8,90097 (ks)
* Áp dụng công thức tính Q

5
Q
5
= G
x
. C
x
. t
1
Với G
x
: Khối lượng của chất khí trong lò
C
x
: nhiệt dung riêng của khói lò
t
1
: nhiệt độ khói lò ra khỏi buồng trộn
Để tính C
x
áp dụng công thức
2 2 2 2 2 2 2 2 2 2
. . . . .
SO SO CO CO N N O O H O H O
x
k
G C G C G C G C G C
C
G
+ + + +

=
(kg/kg độ)
[ Sổ tay tập 2 - 112] (VII.42)
=> Q
5
= [
2 2 2 2 2 2 2 2 2 2
. . . . .
SO SO CO CO N N O O H O H O
G C G C G C G C G C
+ + + +
] . t
1
Thành phần khối lượng vào máy sấy tính theo 1kg nhiên liệu ở 150
0
C là
+ Tính khối lượng của SO
2
, CO
2
, N
2
, O
2
, H
2
O
2
2
0,02

100
SO
s
G = =
S = 0,0367.76,04 = 2,79 (kg/kg than)
2
0,0367. 0,0367.76,04 2,79
CO
G C
= = =
(kg/kg than)
2
0
0,769. . 0,01
N
G L N
α
= +
= 0,769.α.10,157 + 0,01.16
= 7,81.α + 0,016 (kg/kg than)
2
O
G
=
0,2311(α -1) .L
0
= 0,231(α-1) .10,157
= 2,346.α - 2,346 (kg/kg than)
[Theo I - 60]
* Nhiệt dung riêng khí ở nhiệt độ t

1
= 150
0
C là:
2
0,17
SO
C =
(Kcal/kg độ) = 10,17.4,1868 = 0,71176 (ks/kg độ )
(Hoá và thiết bị 2-313)
GVHD: Nguyễn Văn Mạnh SVTH: Lê AnhTuấn
15
Trường ĐHCN Hà Nội Khoa công nghệ hoá
2
CO
C
= 0,222 + 43.10
-6
.t
1
= 0,222+43.10
-6
.150
= 0,22845 (Kcal/kg độ) = 0,95647 (ks/kg)
2
N
C
= 0,246 + 1,898.10
-7
.t

1
= 0,246+1,89.10
-7
.150
= 0,24883 (Kcal/kg độ) = 0,91477 (ks/kg)
2
O
C
=
0,216 + 166.10
-7
.t
1
= 0,216+166.10
-7
.150
= 0,21849 (kcal/kg độ) = 0,91477 (ks/kg)
2
H O
C
= 0,436 + 199.10
-3
.t
1
= 0,436 + 119.10
-6
.150
= 0,45385 (Kcal/kg độ) = 1,90018 (ks/kg)
2 2
0 0 0 0

9. w
. . . .
100
H O H O
H
G M L x L x
α α
+
= + = +
9.4,056 3
.10,157.0,016
100
α
+
= +
= 0,3954 +0,1625.α (kg/kg than)
[Theo ]
Thay số vào ta được Q
5
Q
5
= [0,0758.0,71176 + 2,79.0,95647+ (7,81.α + 0,016). 1,04182 +
(2,346.α - 2,346).0,91477 + (0,3954 + 0,16252.α).1,90018] . 150
= 201,66789 + 1588,71658.α
* Áp dụng công thức tính Q
m
Q
m
= 7% . Q
vào

Thay số vào
Q
m
= 0,07 (27831,65 + 680,4.α)
= 1948,2155 + 47,628.α
Vậy nhiệt lượng ra: Q
ra
= Q
5
+ Q
4
+ Q
m
=> Q
ra
= 8,90097 + 201,66789 + 158,71658.α + 1948,2155 + 47,628.α
= 2158,78436 + 1636,34458.α
GVHD: Nguyễn Văn Mạnh SVTH: Lê AnhTuấn
16
Trường ĐHCN Hà Nội Khoa công nghệ hoá
=> Phương trình cân bằng nhiệt
Q
vào
= Q
ra
27831,65 + 680,4.α = 2158,78436 + 1636,34458.α
955,94458.α = 257672,86564
=> α
TT
= 26,9

Nhận xét: Hệ số không khí thực tế
α
TT
= 26,9 > α
LT
= 20,3
GVHD: Nguyễn Văn Mạnh SVTH: Lê AnhTuấn
17
Trường ĐHCN Hà Nội Khoa công nghệ hoá
PHẦN III. PHẦN TÍNH TOÁN CÁC THIẾT BỊ CHÍNH
1. Lượng ẩm bốc hơi trong quá trình sấy
Áp dụng công thức:
1 2
1
2
W W
W = G .
100 W
−
−
(Kg)
Trong đó:
G
1
: Lượng vật liệu vào máy sấy G
1
= 10000 (kg/h)
W
1
: độ ẩm của vật liệu trước khi vào W

1
= 11%
W
2
: Độ ẩm của vật liệu trước khi sấy W
2
= 4,0%
[Theo công thức 10,2-254 Quá trình và thiết bị trong CNHH và TP tập 2]
Thay số vào ta có:
W= 1000.
11 1,0
100 1,0
−
−
= 1010,10 (kg/h)
2. Lượng vật liệu khô tuyệt đối
Áp dụng công thức:
1
1
100 W
.
100
k
G G
−
=
(kg)
[Quá trình và thiết bị tập 2 - 165]
Thay số vào ta được:
G

k
= 10000 .
100 11
100
−
= 8900 (kg)
3. Phương trình cân bằng nhiệt
Áp dụng công thức
W = G
1
- G
2
Trong đó: G
2
: Khối lượng vật liệu khô đi ra khỏi máy sấy
=> G
2
= G
1
- W
Thay số vào ta có:
G
2
= 10000 - 1010,10 = 8989,9 (kg/h)
GVHD: Nguyễn Văn Mạnh SVTH: Lê AnhTuấn
18
Trường ĐHCN Hà Nội Khoa công nghệ hoá
4. Thể tích thùng sấy:
Thể tích thùng sấy từ máy được áp dụng công thức :
V

thùng
=
W
A
(m
3
)
Trong đó: A: Cường độ bay hơi ẩm chọn A= 40 (kg/m
3
.h)
W: lượng ẩm bay hơi
Thay số vào ta có
V
thùng
=
1010,10
40
= 25,25 (m
3
)
Chọn V
thùng
= 25 (m
3
)
5. Chiều dài của thùng, đường kính của thùng xét tỷ lệ
a) Áp dụng tỷ lệ
t
t
L

D
= (3,7 ÷ 7) chọn
5
t
t
L
D
=
=> L
t
= 5D
t
Từ công thức:
2 2 3
. . . .5 5
4 4 4
t t t t t
D L D D D
V
π π π
= = =
=>
3
3
4 4.25
1,8
5 5.3,14
t
V
D

π
= = =
(m)
b. Chiều dài thùng sấy là:
Áp dụng công thức:
L
t
= 5.D
t
Thay số vào ta có:
L
t
= 5.1,8 = 9(m)
Chọn L
t
= 10 (m)
c, Tính lại thể tích thùng sẫy và cường độ bay hơi ẩm
Áp dụng công thức:
2
. .
4
t t
tt
D L
V
D
π
=
↓
GVHD: Nguyễn Văn Mạnh SVTH: Lê AnhTuấn

19
Trường ĐHCN Hà Nội Khoa công nghệ hoá
Thay vào số:
2
3
314.1,8 .10
.25,434( )
4
tt
V m
−
=
Áp dụng công thức:
3
W 1010,10
39,7( / )
25,434
tt
A kg m h
V
= = =
6. Thời gian sấy của vật liệu trong thùng
- Đối với máy sấy thùng quay thời gian sấy được xác định theo công
thức.
T
sẫy
[ ]
1 2
1 2
120 (w w )

200 (w w
x
f
A
β
−
=
− +
(phút)
(Số tay tập 2 - 123)
Trong đó: f
x
: Khối lượng riêng xốp thay bình của vật liệu trong thùng
quay với f
x
= 1100 kg/m
3
f
x
2350 (kg/m
3
.
W
1
; W
2
Độ ẩm đầu và độ ẩm cuối của vật l iệu tính bằng phần trăm khối
lượng W
1
=11%; W

2
= 1,0%
β: hệ số chứa vật liệu của thùng chọn β= 0,15
A: Hệ số Cường độ bay hơi A= 39,7 (kg/m
3
h)
Thay số vào:
T
sẫy
[ ]
1 2
120.0,15.1100(11 1,0w w )
26,5
39,7 200 (11 1,0
− −
= =
− +
(phút)
- Kiểm tra lại thời gian sẫy:
1
30. . .
60.25,434.0,15.1100
25
10000
tt x
V f
T
G
β
= = =

(phút)
7. Số vòng của thùng sấy là:
Số vòng quay được xác định theo công thức
. .
. .
t
t
m k L
n
T D tg
α
=
(vòng/phút)
Trong đó: L
t
; D
t
chiều dài và đường kính thùng sẫy
α: góc nghiêng thùng quay từ 1: 6 chọn α = 30
m,k hệ số phụ thuộc vào cầu tạo cành và chiều chuyển động của khí.
Chọn m = 0,75; k = 0,7 (theo sơ đồ d STT 2 -122)
GVHD: Nguyễn Văn Mạnh SVTH: Lê AnhTuấn
20
Trường ĐHCN Hà Nội Khoa công nghệ hoá
T: Thời gian lưu lại của vật liệu trong thùng say số vào:
0,75.0,7.10
2,2
25.1,8. 3
n
th

= =
(vòng/phút)
8. Công suất cần thiết để quay thiết bị
Áp dụng công thức:
2 3
N 0,13.10 . . . . ( w)
t t x
D L an p K
−
=
(Sổ tay quá trình và TB T
2
- 123
Với
n: Số vòng quay của thùng
a: Hệ số phụ thuộc vào dạng cánh chọn a =0,026
theo VII:5 -123
D
t
; L
t
Đường kính và chiều dài của thùng (m)
f
x
khối lượng riêng xốp trung bình f
x
= 1100kg/m
3
Thay số: N = 0,13.10
-2

(1,8)
3
.100,026.2,2 .1100 = 4,8 Kw
VNĐ = 1,25.4,8 = 6 (Kw)
9. Nhiệt tổn thất ra môi trường qua lớp cách nhiệt
Áp dụng công thức:
3,6. . .
W
tb
mt
K F t
q
∆
=
(k5/kgấm)
Trong đó:
F: Diện tích bao quanh thùng sấy (m
3
)
W: Lượng ấm bốc hơi (kg/h)
K: Hệ số truyền nhiệt W/m
2

0
C
tb
t
∆
: Hệ số nhiệt độ trung bình
* Xác định hệ số truyền nhiệt K

Áp dụng công thức:
1 2
1
1 1
K
δ
α λ α
=
+ +
∑
5: chiều dài của thành thiết bị (m)
α
1
: hệ số cấp nhiệt đối lưu của tác nhân sấy
đến thành thiết bị (W/m
2

0
C)
GVHD: Nguyễn Văn Mạnh SVTH: Lê AnhTuấn
21
Trường ĐHCN Hà Nội Khoa công nghệ hoá
α
2
: Hệ số cấp nhiệt từ thành ngoài thiết bị sấy
đến mt (W/m
2

0
C).

λ: hệ số dẫn nhiệt của thành thiết bị.
a, Xác định α
1
:
α
1
=
2 0
1 1
( ) (w / )K m C
α α
− =
+
Trong đó:
K: hệ số độ nhầm K = (1,2 -1,3) chọn K = 1,3
1
α
−
: hệ số cấp nhiệt từ không khí đến thành thiết bị do đối lưu cường bức
1
α
=
: hệ số cấp nhiệt từ không khí đến thành thiết bị do đối lưu tự nhiên.
* Xác định
1
α
−
:
Chế độ chuyển động được đặc trưng bởi chuẩn số Repol.
áp dụng công thức:

W .
Re
Tb t
D
V
=
[công thức sổ tay tập I - 159]
T = 25+ 273 =298
0
K
3
6 2
9,81(***) 10
9187,167328
(1610 ) 298
r
G
−
⇒ = =
0,29
0,47( ) 0,47(9187,167328) 145,510Nu gr
⇒ = = =
2
2
. 145,510.2,76.10
2,09
1,926
ng
Nu l
O

α
−
−
⇒ = =
(w/m
3
độ)
* Xác định
2
α
=
theo công thức
4 4
1 2
2
1 2
.
100 100
n o
T T
C
T T
ε
α
=
 
   
−
 
 ÷  ÷

   
 
 
=
−
(w/m
3
độ)
Trong đó: ε
o
: hệ số bức xạ của vật đen tuyệt vời
T
1
; T
2
: nhiệt độ tương đối của bề mặt ngoài thiết bị sấy và môi trường
xung quanh.
T
1
: 35 + 273 = 308
0
K
GVHD: Nguyễn Văn Mạnh SVTH: Lê AnhTuấn
22
Trường ĐHCN Hà Nội Khoa công nghệ hoá
T
2
= 25 +273 = 298
0
K

ε
n
= 0,95 mức độ đen của vật
Thay số vào ta có:
4 4
2
308 298
0,95.5,76
100 100
6,09
308 298
α
=
 
   
−
 
 ÷  ÷
   
 
 
= =
−
(w/m
3
độ)
2 2 2
2,09 6,09 8,18
α α α
− =

= + = + =
(w/m
2

0
C
Hệ số truyền nhiệt chung của tóc nhân sấy đến môi trường
1 3
2
1 2
1 1 2 2
1 1
1 5 1
1 1
K
b b
b
α λ α
α λ λ λ
= =
+
+ +
+ + +
∑
1
2,74
1 0,001 0,012 0,05 1
5,29 50 0,93 8,18
K
= =

+
+ + +
(w/m độ)
* Xác định bề mặt trao đổi nhiệt
. . 2
ng t
F D L
π π
= +

2
4
ng
D
= π .D
ng
.L
t
+ 2.0,785
2
ng
D
=> F = 3,14 .1,926.10 + 2.0,785 (1,926)
2
= 66,30 (m
2
)
* Xác định hệ số nhiệt độ trung bình ∆t
tb
tb

t
t
∆
∆ =
Với ∆t
lớn
= t
1
0 t
0
= 150 - 25= 125
0
C
∆t
bé
= t
1
- t
0
= = 50 - 25 = 15
0
C.
Trong đó: t
1
: Nhiệt độ vào của khí sấy t
1
= 150
0
C
t

2
: Nhiệt độ ra của khí sấy t
2
= 40
0
C
t
0
: Nhiệt độ môi trường t
0
= 25
0
C
Thay số vào:
0
125 15
5,19
125
2,3lg
15
tb
t C
−
∆ = =
GVHD: Nguyễn Văn Mạnh SVTH: Lê AnhTuấn
23
Trường ĐHCN Hà Nội Khoa công nghệ hoá
Vậy nhiệt độ lớn nhất ra ngoài môi trường là:
3,6 .
3,6.2,74.66,30.51,9

33,60( 5/ )
W 1010,10
tb
mt
KF t
q K mg
∆
= = =
10. Cân bằng nhiệt lượng trang thiết bị sấy
10.1. Nhiệt lượng vào
Gọi n là số kg than cần đốt trong một giờ
tổng nhiệt lượng:
Q
vào
= Q
1
+ Q
2
(45/s)
* Với: Q
1
: nhiệt lượng do nhiên liệu sấy mang vào
áp dụng công thức:
Q
1
= G
1
. C
1
. t

1
Trong đó: G
1
: Nguyên liệu của màng sấy G
1
= 10000kg/h = 2,78 (kg/s)
C
1
: Nhiệt dung riêng của vật liệu sấy khi vào máy chọn C
1
= 1,5
(45/kg
0
C).
t
0
: Nhiệt độ của vật liệu sấy vào máy sấy t
0
= 25
0
C
thay số:
Q
1
= 2,78 .1,5.25= 104,25 (45/s)
* Với Q
2
: Nhiệt lượng do khói lò mang vào khi sấy khi d dất n kg than
nhiệt độ khói lò mang vào máy sấy khi đốt 1 kg than chính là nhiệt lượng Q
5

đã tính ở buồng đốt.
áp dụng công thức: Q
2
= n . Q
5
Với Q
5
= 201,66789 + 1588,71658. α
Với α = thay vào
Q
2
= (201,66789 + 1588,71658.26,9) .n (45/h).
=> Q
2
= 42938,14389 n (45/h) = 11,9 n (45/s).
Vậy tổng nhiệt lượng Q
vào
= 104,25 + 11,9 n (45/s)
10.2. Nhiệt lượng ra khỏi máy sấy
Q
ra
=
1 2 3 4
Q Q Q Q
− − − −
+ + +
(45)
GVHD: Nguyễn Văn Mạnh SVTH: Lê AnhTuấn
24
Trường ĐHCN Hà Nội Khoa công nghệ hoá

* Với
1 2 1 1
Q Q C t
− −
= + +
trong đó:
1 1 2
(1 - WG) . W
n
C C C
−
= +
(45/kg
0
C)
Cn nhiệt dung riêng của H
2
O ở 25
0
C
C
n
= 0,99875 (KCal/kg) = 4,182 (45/Kg
0
C)
0
1
1,5(1 0,01) 4,182.0,01 1,52682(45 / )C kg C
−
= − + =

1
t
−
: nhiệt độ sản phẩm ra khỏi máy sấy t
1
= 35
0
C
G
2
= 8989,9 kg/h = 2,497 (kg/s)
Thay số vào:
1
2,497 . 1,52682.35 133,44(45 / )Q s
−
= =
* Với
2
Q
−
nhiệt độ bốc hơi nước và do hơi nước mang ra ngoài.

2 1 0 2 2
W[ (100 ) ( 100)]Q Cn t r cn t
−
= − + + −

trong đó:
Cn
1

; Cn
2
nhiệt dung riêng của nước ở t
0
; t
2

t
0
= 25
0
C → cn
1
= 0,99975 (Kcal/Kg
0
C) = 4,182 (45/Kg
0
C)
t
2
= 40
0
C → cn
2
= 0,99869 (Kcal/Kg
0
C) = 4,181 (45/Kg
0
C)
Nội suy theo bảng I . 149 - STT1 - 168 ta được như trên

r = 290 (Kcal/kg) = 1214,172 (45/kg)
[tra bảng 165 - I - 255]
Thay sơ đồ vào ta tính được:
[ ]
2
2
1010,10
4,182(100 25) 1214,172 4,182(40 100)
3600
358,29(45 / )
Q
Q s
−
−
= − + + −
⇒ =
Với
3
Q
−
: nhiệt độ khói lò mang ra khỏi máy sấy ở nhiệt độ 40
0
C
áp dụng công thức:
2 2 2 2 2 2 2 2 2 2
3 0 0
. . . . . .
SO SO SO CO N N H O H O bq
Q G C G C G C G C G C t n
−

 
= + + + +
 
Trong đó:
t
hh
: nhiệt độ hỗn hợp khí t
hh
= 40
0
C
GVHD: Nguyễn Văn Mạnh SVTH: Lê AnhTuấn
25